KR100497460B1 - 왕복동식밀폐형압축기의흡입장치 - Google Patents

Abstract

밀폐형 동체(21)와, 가스 도입을 위한 흡입 입구관(28)과, 동체(21) 내부에 배치된 실린더(22)의 헤드에 제공되어 있고 흡입 입구관(28)과 유체 흐름이 통하여 있는 흡입 오리피스(24a)와, 상기 흡입 입구관(28)에 접속된 제1 단부(61)와 상기 흡입 오리피스(24a)에 접속된 제2 단부(62)를 가지고, 흡입되는 가스에 단열 및 방음을 제공하는 흡입 수단(60)을 포함하는 왕복동식 밀폐형 압축기의 흡입장치에 있어서, 상기 흡입 수단(60)은 상기 흡입 입구관(28)으로부터 상기 흡입 오리피스(24a)로 직접 저압 가스를 인도하기 위해 상기 흡입 입구관(28)과 상기 흡입 오리피스(24a)에 밀봉적으로 접속되어 있고, 상기 흡입장치가, 흡입 입구관(28)과 흡입 오리피스(24a) 사이에서 흡입되는 가스가 동체(21) 내로 소통되게 하고 흡입 수단(60)의 단열 및 방음 특성을 거의 변화 없이 유지하는 적어도 하나의 균압 수단(70)을 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 밀폐형 압축기의 흡입장치이다.

Description

왕복동식 밀폐형 압축기의 흡입장치{A suction arrangement for a reciprocating hermetic compressor}

본 발명은 밀폐형 동체(胴體) 내에 저압을 가지는 유형의 왕복동식 밀폐형 압축기의 흡입장치에 관한 것이다.

왕복동식 밀폐형 압축기는 일반적으로, 냉매 유체의 흡입 중에 발생되는 소음(noise)을 감쇠시키는 기능을 가지고 동체 내부에 설치된 흡입 음향 감쇠 시스템(음향 필터)을 구비하고 있다. 그러나, 그러한 부품은 가스 과열 및 유량 제한으로 인하여 냉동 능력 및 압축기 효율의 손실을 야기한다. 상기 필터를 플라스틱 재료로 제작함으로써, 그의 최적화의 점에서는 상당한 진보를 나타내지만, 압축기 손실의 상당 양이 여전히 이 부품에 기인한다.

왕복동식 압축기에서는, 피스톤의 운동, 및 전체 사이클의 일부 중에만 개방되는 흡입 및 배출 밸브의 사용에 의해, 흡입 라인과 배출 라인 모두에서 맥동(脈動) 가스 흐름이 발생한다. 그러한 흐름은 소음의 원인들 중의 하나이고, 이 소음은 2가지 형태로, 즉, 압축기 또는 기계적 조립체의 다른 부품의 내부 공간의 공진 주파수의 여기(勵起)에 의해, 또는 냉동 시스템의 배관, 즉, 증발기, 응축기 및 압축기 냉동 시스템의 이들 부품의 접속관의 공진 주파수의 여기에 의해 주위로 전달될 수 있다. 첫 번째의 경우, 소음이 동체로 전달되고, 동체에 의해 외부 환경으로 방사(放射)된다.

맥동 흐름에 의해 발생되는 소음을 감쇠시키기 위해, 음향 감쇠 시스템(음향 필터)이 사용되었다. 이 시스템은 소음(消音)형 시스템과 반응형 시스템으로 분류될 수 있다. 소음형 감쇠 시스템은 음향 에너지를 흡수하지만, 바람직하지 않은 압력 손실을 야기한다. 반면에, 반응형 머플러(muffler)는 음향 에너지의 일부를 반사하여 압력 손실을 감소시킨다. 소음형 머플러는 맥동이 큰 배출 감쇠 시스템에 보다 많이 사용된다. 반응형 시스템은 압력 손실이 적기 때문에 흡입부에 바람직하다. 음향 필터에서의 압력 손실은 압력 손실 효과에 보다 민감한 주로 흡입의 경우 압축기의 효율을 감소시키는 원인들 중의 하나이다.

통상의 음향 머플러가 사용될 때, 압축기의 효율을 감소시키는 다른 원인은 흡입되는 가스의 과열이다. 압축기에의 가스 유입과 압축기 실린더에의 가스 도입 사이의 시간 간격 중에, 압축기 내부에 존재하는 여러 열원(熱源)으로부터의 열 전달에 의해 가스의 온도가 상승한다. 그 온도 상승은 비(比)용적의 증가를 야기하고, 따라서, 냉매의 질량 흐름을 감소시킨다. 압축기의 냉동 능력이 질량 흐름에 정비례하기 때문에, 상기 흐름의 감소는 효율 손실을 야기한다.

이들 부정적인 효과의 감소가 음향 필터 설계의 진보에 의해 달성되었다.

종래의 구조에서는, 흡입 라인으로부터 들어와 동체 내로 방출되는 가스는, 필터에 도달하고 실린더 안쪽으로 흡인(간접 흡입)되기 전에 압축기 내부의 주된 열원을 통과한다. 이러한 가스 순환은 모터의 냉각을 촉진한다. 이 때문에 그리고 필터가 대개 금속제이기 때문에, 압축기 효율이 가스 과열에 의해 손상을 받는다.

보다 효율적인 압축기에 대한 요구가 효율 향상을 의도한 음향 감쇠 시스템의 개발을 유도하였다. 가스가 압축기 내부의 가열된 부품들을 통과하지 않고 흡입 필터의 내부로 직접 흡인된다(미국 특허 제1,591,239호 및 미국 특허 제4,242,056호). 다른 기술에서는, 압축기 내부의 흡입관에 노즐 또는 플레어(flared) 관을 사용하여(미국 특허 제4,486,153호), 흐름이 입구관과 흡입 필터 사이로 향하게 한다. 또한, 그러한 필터는 적절한 단열성을 가지는 플라스틱 재료로 제조되기 시작하였다. 이들 개량에 의해, 냉동용 밀폐형 압축기의 효율이 상당히 증가되었다. 그럼에도 불구하고, 흡입 필터의 사용에 기인한 과열 및 부하 손실이 여전히 압축기의 효율 손실의 상당 양을 차지한다.

당해 기술분야에 알려진 왕복동식 밀폐형 압축기에서는, 증발기로부터 들어오는 가스가 동체로 들어간 다음, 흡입 필터를 통과하고, 그 필터로부터 실린더 블록 내에 형성된 실린더의 내부로 흡인되고, 여기서, 배출 밸브를 개방시키기에 충분한 압력까지 압축된다. 배출 시에는, 상기 가스는 배출 밸브 및 배출 필터를 통과하고, 압축기 내부에서 떠나 냉동 시스템의 응축기에 이른다. 이러한 유형의 압축기에서는, 배출 필터는 항상 밀폐되어 있어, 가스가 동체 내부로 방출되지 않는 반면에, 흡입 필터는 동체 내부와 유체 흐름이 통하여 있다.

도 1은 종래 기술에 따라 구성되어 냉동 시스템에 사용되는 유형의 왕복동식 밀폐형 압축기의 개략적인 수직 단면도.

도 2는 종래 기술에 따라 냉동 시스템에 설치된 왕복동식 밀폐형 압축기의 개략도.

도 3은 본 발명의 일 구성 형태에 따라 냉동 시스템에 설치된 왕복동식 밀폐형 압축기의 일 부분의 개략도.

도 4는 본 발명의 다른 구성 형태에 따라 냉동 시스템에 설치된 왕복동식 밀폐형 압축기의 일 부분의 개략도.

도 5는 압축기 동체의 흡입 입구관과 흡입 체임버 입구 모두에 장착되는 흡입 수단과, 그 조립체에 장착되는 균압(均壓) 수단의 구성을 나타내는 개략적 확대도.

도 6은 본 발명에 따른 흡입 수단의 일 구성 형태의 부분 단면 정면도.

따라서, 본 발명의 목적은, 흡입 가스의 가열이 적을 뿐만 아니라, 흡입 필터와 관련된 압력 손실을 줄이는 흡입장치를 구비한 왕복동식 밀폐형 압축기를 제공하는데 있다.

상기 목적 및 다른 목적은, 밀폐형 동체와; 그 동체 내로 가스를 도입하기 위한 흡입 입구관과; 상기 동체 내부에 배치된 실린더의 헤드에 제공되어 있고 상기 흡입 입구관과 유체 흐름이 통하여 있는 흡입 오리피스와; 상기 흡입 입구관에 접속된 제1 단부와 상기 흡입 오리피스에 접속된 제2 단부를 가지고, 흡입되는 가스에 단열 및 방음을 제공하는 흡입 수단을 포함하는 왕복동식 밀폐형 압축기의 흡입장치에 있어서, 상기 흡입 수단은 상기 흡입 입구관으로부터 상기 흡입 오리피스로 직접 저압 가스를 인도하기 위해 상기 흡입 입구관과 상기 흡입 오리피스 모두에 밀봉적으로 접속되어 있고, 상기 흡입장치가, 상기 흡입 입구관과 상기 흡입 오리피스 사이에서 흡입되는 가스가 상기 동체 내로 소통되게 하고 상기 흡입 수단의 단열 및 방음 특성을 거의 변화 없이 유지하는 적어도 하나의 균압(均壓) 수단을 포함하고, 상기 균압 수단은 그의 길이의 일부에, 상기 동체 내부로 향하는 흡입 가스의 음향 에너지를 감소시키도록 된 적어도 하나의 음향 감쇠 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 왕복동식 밀폐형 압축기의 흡입장치에 의해 달성된다.

이하, 도면에 의거하여 본 발명을 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 냉동 장치에 사용되는 유형의 냉동 시스템은 통상, 적절한 배관에 의해 접속된 응축기(10)를 포함하고, 그 응축기(10)는 왕복동식 밀폐형 압축기(20)의 고압 측에서 고압 가스를 받고, 그 고압 가스를 증발기(40)와 연결된 모세관(30)(여기서 냉매 유체가 팽창된다)으로 보내며, 증발기(40)는 저압 가스를 압축기(20)의 저압 측으로 보낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 왕복동식 밀폐형 압축기(20)는 동체(胴體)(21)를 포함하고, 그 동체 내부에는, 실린더 블록을 포함하는 모터-압축기 유닛이 스프링을 통해 매달려 있으며, 그 실린더 블록에서는, 전기 모터에 의해 구동될 때 냉매 가스를 흡입 및 압축하도록 실린더(22) 내에서 왕복 운동하는 피스톤(23)을 실린더(22) 내에 수용하고 있다. 그 실린더(22)는, 실린더 블록에 부착되고 흡입 오리피스 및 배출 오리피스를 구비한 밸브 판(24)에 의해 폐쇄되는 개방 단부를 가지고 있다. 상기 실린더 블록은 또한, 밸브 판(24)상에 장착되고 그 밸브 판과 함께 흡입 체임버(25)와 배출 체임버(26)를 내부에 획정(劃定)하고 있는 헤드를 가지고 있고, 흡입 체임버(25)와 배출 체임버(26)는 각각의 흡입 오리피스(24a) 및 배출 오리피스(24b)를 통해 유체(냉매 가스)가 실린더(22)와 선택적으로 통하도록 되어 있다. 그러한 선택적인 유체 소통은 각각의 흡입 밸브(25a) 및 배출 밸브(26a)에 의해 흡입 오리피스(24a) 및 배출 오리피스(24b)를 개폐함으로써 이루어진다. 흡입 체임버란, 흡입 밸브(25a) 상류 측의 실린더 헤드의 용적만을 의미한다.

왕복동식 밀폐형 압축기(20)의 고압 측과 응축기(10) 사이에서의 유체 흐름은, 한쪽 단부가 동체(21)의 표면에 제공된 오리피스로 개방되어 배출 체임버(26)를 응축기(10)와 통하게 하고 반대쪽 단부는 배출 체임버(26)로 개방되어 있는 배출관(27)을 통해 이루어진다.

동체(21)는 또한, 그 동체에 제공되고 동체의 안쪽으로 개방되어 있는 도입 오리피스에 장착되어, 동체(21)의 외측에 위치되고 증발기(40)에 연결된 흡입관과 통하여 있는 흡입 입구관(28)을 가지고 있다. 이 구조에서는, 동체(21)로 들어오는 가스는 흡입 밸브(25a)의 개방 중에 실린더(22)내로 흡입되는 가스의 소음을 감쇠시키기 위해 흡입 체임버(25) 앞에 장착된 흡입 음향 필터(50) 안으로 도입된다. 이러한 구조는 앞에서 설명된 바와 같은 결함들을 가지고 있다.

본 발명에 의하면, 도 3∼도 5에 도시된 바와 같이, 왕복동식 밀폐형 압축기(20)의 흡입 체임버(25)의 내부와 증발기(40) 사이에, 그 부분들을 상호 접속하는 흡입 수단(60)이 장착되어 있다. 그 흡입 수단(60)은 동체(21)의 내부에 제공되고, 그의 길이의 적어도 일부에, 예를 들어, 가요성(可撓性) 재료로 된 흡입 덕트를 포함하며, 이 흡입 덕트는 흡입 입구관(28)에 연결된 제1 단부(61)와, 흡입 체임버(25)의 가스 도입부에 연결된 제2 단부(62)를 가지고 있다. 이 흡입 덕트는 흡입 입구관(28)과 흡입 체임버(25) 모두에 밀봉적으로 접속되어, 저압 가스를 증발기(40)로부터 직접 흡입 체임버(25)로 인도함으로써, 압축기의 내부 환경에 대한 흡입 가스의 열 및 음향 에너지 절연이 부여되게 한다. 본 발명의 다른 구성 예에서는, 흡입 덕트의 제2 단부(62)는, 실린더(22)로 직접 흡입되는 가스가, 예를 들어, 흡입 오리피스(24a)에 직접 밀봉적으로 접속된 그 제2 단부(62)로 통하도록 되어 있다.

본 발명에서는, 왕복동식 밀폐형 압축기(20)는 동체(21) 내부에 흡입 음향 필터(50)를 가지고 있지 않다. 도 4에 도시된 바와 같은 구성 예에서는, 흡입 음향 필터(50)가 흡입 입구관(28)의 상류 측에 설치되어 있다. 그 필터를 동체(21)의 외부에 설치함으로써, 적은 압력 손실로 동일한 음향 감쇠 효과를 제공하면서도 보다 큰 용적의 필터와 보다 큰 직경의 관을 사용하는 것이 가능하게 된다. 냉동 능력이 흡입 압력에 비례하기 때문에, 압력 손실이 적을수록 압축기의 효율이 높아진다. 이러한 필터 장치는, 종래 기술의 구조에서 일어나는 것과 같이 가스가 상기 필터의 내부를 통과하는 동안 과도하게 가열되는 것을 방지한다.

본 발명에 의하면, 흡입 수단(60), 즉, 흡입 덕트는, 흡입되는 가스 흐름의 방해를 피하기 위해, 동체(21)에의 소음 및 진동 전달을 최소화하고 도입 중의 가스의 과열을 더욱 방지하는 적절한 재료로 만들어진 연속적인 관형 덕트로서 제조되도록 설계된다. 이들 특성을 얻기 위해, 흡입 덕트는, 예를 들어, 열 전도 특성이 낮고(불량한 열 전도체) 음향 감쇠 특성이 양호한 재료를 사용한 구조와 같은, 열 전달에 대한 저항이 큰 구조로 얻어진다.

흡입 덕트에 가요성(유연성)이 요구되는 것은, 기계적 조립체와 동체(21) 사이의 장착이 가요성 스프링을 통해 이루어져 있어 그 부분들 사이에 상대적 운동이 존재하기 때문이다. 그러한 가요성은 흡입 덕트가 압축기의 정규 작동 중에 또는 운반 중에 파손되는 것을 방지한다.

또한, 흡입 덕트는, 흡입 배관과 증발기 모두의 여진(勵振)의 결과로 생기는 맥동 흐름에 의해 발생되는 소음을 최소화하고 또한 흡입 입구관(28)에서 들어와 흡입 체임버(25) 또는 흡입 오리피스(24a)로 직접 흐르는 가스 흐름의 부하 손실을 감소시키도록 치수가 정해진다.

가스 흐름의 특성과, 압축기 내의 흡입 덕트의 짧은 길이와 큰 직경에 기인하여, 종래 기술에서 사용되는 흡입 필터에 존재하는 압력 손실에 비하여 압력 손실이 작게 된다.

흡입 덕트의 사용에 의해, 동체 내부의 가스가 실린더 내로 도입되기 전에 취하는 경로가 짧게 된다. 그 경로의 단축에 의해, 흡입되는 가스의 과열 효과가 보다 작게 되어, 냉동 능력 및 효율을 증가시킨다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 흡입 수단(60)의 구성 예에서는, 그 흡입 수단은, 측부가 둥근 "L"자 또는 "U"자 형태로 되고 적어도 하나의 스프링 부재(63)가 내부에 설치되거나 합체(예를 들어, 재료 사출에 의해)되어 있는 루프(loop)형 관의 형태로 되어 있다. 그 스프링 부재(63)는, 예를 들어, 압축기 작동 중에 압력차를 받게 될 때 상기 관이 붕괴되는 것을 방지하기 위해 상기 관을 항상 구조적으로 안정한 상태로 유지한다.

본 발명에 따르면, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 흡입장치는 흡입 입구관(28)과 흡입 체임버(25) 사이에 균압(均壓) 수단(70)을 구비하고 있고, 그 균압 수단(70)은 바람직하게는 흡입 체임버(25)의 내부와 동체(21)의 내부 사이에서 소정의 유체 소통이 이루어지게 한다. 그 균압 수단(70)은 흡입 수단(60)과 연합하여, 흡입되는 가스의 음향 에너지 흡수를 촉진시키도록 치수가 정해져 있다.

흡입 수단(60)의 제2 단부(62)가 흡입 오리피스(24a)에 직접 접속된 구성에서는, 균압 수단(70)이 흡입 입구관(28)과 흡입 오리피스(24a) 사이에 설치되어, 흡입되는 가스가 동체(21)의 내부와 통하도록 한다.

또한, 균압 수단(70)은 흡입 수단(60)의 경우와 마찬가지로 열 절연을 제공하도록 치수가 정해져 구성될 수 있다.

도시된 바람직한 구성에서는, 균압 수단(70)이, 직경이 작고 길이가 긴 강성(剛性)의 모세관의 형태로 되어 있고, 흡입 체임버(25)에 부착되어 그 흡입 체임버로 개방되어 있는 입구 단부와, 동체(21)의 내부로 가스를 방출하는 출구 단부 사이에, 예를 들어, 균압 수단(70)의 상당한 길이 부분을 차지하는 중앙 나선부분의 형태로 된 음향 감쇠 영역(71)을 구비하고 있다. 상기 길이부분은 동체(21)의 내부로 인도되는 흡입 가스의 음향 에너지를 감소시키도록 정해진다. 또한, 균압 수단(70)은 동체(21) 내부의 압력이 흡입 압력과 대략 같게 한다.

본 발명에 따르면, 균압 수단(70)을 통해 동체(21) 내부로 방출되는 저압 가스가 높은 가스 흐름 제한을 야기하여, 그 균압 수단의 출구에서 발생하는 음향파의 에너지가 매우 낮게 된다. 그러한 매우 낮은 에너지는 공동부(cavity) 내에서 공명을 여기하기에 불충분하다.

도시되지 않았지만, 본 발명의 흡입장치는 흡입 덕트와 흡입 체임버(25) 중 적어도 하나에 접속되거나 합체된 다수의 균압 수단을 구비할 수도 있다. 본 발명의 다른 예의 구성은, 하나 또는 다수의 음향 감쇠 영역(71)에 의해 서로 접속된 입구 단부와 출구 단부를 하나 이상 구비한 균압 수단을 가지고 있다.

Claims (10)

1. 밀폐형 동체(21)와; 그 동체 내로 가스를 도입하기 위한 흡입 입구관(28)과; 상기 동체(21) 내부에 배치된 실린더(22)의 헤드에 제공되어 있고 상기 흡입 입구관(28)과 유체 흐름이 통하여 있는 흡입 오리피스(24a)와; 상기 흡입 입구관(28)에 접속된 제1 단부(61)와 상기 흡입 오리피스(24a)에 접속된 제2 단부(62)를 가지고, 흡입되는 가스에 단열 및 방음을 제공하는 흡입 수단(60)을 포함하는 왕복동식 밀폐형 압축기의 흡입장치에 있어서,

   상기 흡입 수단(60)은 상기 흡입 입구관(28)으로부터 상기 흡입 오리피스(24a)로 직접 저압 가스를 인도하기 위해 상기 흡입 입구관(28)과 상기 흡입 오리피스(24a) 모두에 밀봉적으로 접속되어 있고, 상기 흡입장치가, 상기 흡입 입구관(28)과 상기 흡입 오리피스(24a) 사이에서 흡입되는 가스가 상기 동체(21) 내로 소통되게 하고 상기 흡입 수단(60)의 단열 및 방음 특성을 거의 변화 없이 유지하는 적어도 하나의 균압(均壓) 수단(70)을 포함하고, 상기 균압 수단(70)이 그의 길이의 일부에, 상기 동체(21) 내부로 향하는 흡입 가스의 음향 에너지를 감소시키도록 된 적어도 하나의 음향 감쇠 영역(71)을 가지는 것을 특징으로 하는 왕복동식 밀폐형 압축기의 흡입장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 음향 감쇠 영역(71)은 상기 균압 수단(70)의 가스 입구 단부와 상기 동체(21)의 내부로 열려 있는 상기 균압 수단(70)의 가스 출구 단부 사이에 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복동식 밀폐형 압축기의 흡입장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 균압 수단(70)이 모세관 형태인 것을 특징으로 하는 왕복동식 밀폐형 압축기의 흡입장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 균압 수단(70)이, 가스 입구 단부가 상기 흡입 체임버(25)에 접속되고 가스 출구 단부가 상기 동체(21)의 내부로 열려 있는 강성(剛性) 재료의 모세관 부재인 것을 특징으로 하는 왕복동식 밀폐형 압축기의 흡입장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 음향 감쇠 영역(71)이 상기 균압 수단(70)의 길이의 나선부분으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복동식 밀폐형 압축기의 흡입장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 흡입 수단(60)이 그의 연장부분의 적어도 일부에 가요성의 흡입 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 밀폐형 압축기의 흡입장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 흡입 덕트가 상기 흡입 입구관(28)에 도달하는 가스 흐름의 부하 손실을 감소시키도록 치수가 정해져 있는 것을 특징으로 하는 왕복동식 밀폐형 압축기의 흡입장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 흡입 수단(60)의 상기 제2 단부(62)가 상기 흡입 체임버(25)에 직접 밀봉적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복동식 밀폐형 압축기의 흡입장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 흡입 덕트가, "U"자 형태이고, 둥근 측부를 가지며, 관의 구조를 항상 안정한 상태로 유지하는 적어도 하나의 스프링 부재(63)가 내부에 제공되어 있는 "루프"(loop)형 관의 형태인 것을 특징으로 하는 왕복동식 밀폐형 압축기의 흡입장치.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 흡입 입구관(28)의 상류 측에 설치된 흡입 음향 필터(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 밀폐형 압축기의 흡입장치.